短碳纤维增强高性能混凝土的性能和机理研究

为了改善高强混凝土由于水泥自缩、湿涨造成的脆性大、抗拉强度低,特别是应力——应变曲线的下降段不及普通混凝土的特点,本文以掺入短碳纤维为突破口,选取水胶比、砂率、短碳纤维的体积比、高效减水剂掺量四个因素作为变量,利用均匀设计安排试验,用SPSS软件对抗压强度和劈拉强度分别进行回归分析而得到回归方程,用MATLAB进行优化处理,进而求出最优配比。研究结果表明,短碳纤维的加入可明显改善混凝土的脆性,劈拉强度与抗压强度之比由原来的1/10～1/15增大到1/6～1/8,且拌合物的保水性、粘聚性也得到明显改善。最后用扫描电子显微镜观测了短碳纤维增强混凝土的微观结构,并从基理上进行了分析。

短碳纤维增强高性能混凝土的均匀试验研究

通过均匀试验,研究了短碳纤维对高性能混凝土工作性、力学性能和微观结构的影响。研究结果表明,短碳纤维的掺入,能改善高性能混凝土由于自缩、湿胀造成的脆性大、抗拉强度低及应力——应变曲线远不及普通混凝土等。拉压比由原来的1/10～1/15增大到1/6—1/8,拌合物的保水性、粘聚性有明显改善,并用SEM对断裂表面进行了分析。本研究在短碳纤维高性能混凝土的配比设计和优化中,利用了均匀试验设计、SPSS、MATLAB、SEM等先进方法和技术及测试手段,试验证明结果理想。

炭黑-碳纤维导电高性能混凝土电热性能研究现状

炭黑-碳纤维导电高性能混凝土是一种具有良好电热性能的材料。通过掺入炭黑和碳纤维,可以提高混凝土的导电性和自加热能力。炭黑-碳纤维导电高性能混凝土在道路桥梁融雪、室内升温和结构健康检测等领域有广泛应用。然而,混凝土的电热性能受到多种因素的影响,如导电材料的含量、类型和分布,以及外界因素的变化。目前,该材料的研究已取得一定进展,但仍需解决导电材料选择和配比、电热性能测试和评价、电热系统设计和控制、耐久性和稳定性等问题。文章对导电高性能混凝土电热性能影响因素进行了分析探讨,研究了导电高性能混凝土的应用领域,并对这些研究成果及相关应用进行总结。

纤维织物增强高延性混凝土加固RC短柱抗剪性能试验研究

为研究纤维织物增强高延性混凝土(TR-HDC)加固钢筋混凝土短柱的抗剪性能,设计了6根钢筋混凝土柱,包括2个对比柱和4个TR-HDC加固柱.通过低周反复荷载试验,对比分析剪跨比、纤维织物层数对试件破坏形态、变形、承载力和耗能能力的影响.结果表明:采用TR-HDC加固钢筋混凝土短柱,可显著提高其抗剪承载力;TR-HDC与原混凝土柱协同工作性能良好,加固后的混凝土柱的变形、承载力和耗能能力明显提高;增加纤维织物的层数对钢筋混凝土短柱的抗剪承载力提高幅度较小,但可大幅增强柱的耗能和变形能力;剪跨比较大时,更有利于发挥TR-HDC加固材料的力学性能.基于桁架-拱模型,提出TR-HDC加固钢筋混凝土短柱的抗剪承载力计算方法,计算结果较准确.

钢纤维对超高性能混凝土力学性能影响研究综述

超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC)凭借其出色的力学性能被应用在高层建筑、大跨度桥梁、海底隧道等混凝土结构工程。其中,钢纤维类型、钢纤维添加量以及钢纤维长度等参数会改变UHPFRC的力学性能。但对于这些参数如何选取,目前还没有统一的认识,为此,对现有研究中关于钢纤维类型、纤维添加量及纤维长度对超高性能纤维增强混凝土力学性能的影响进行了总结、分析。结果表明:①波纹状及钩状钢纤维相比于直型纤维对UHPFRC的抗拉性能、抗弯性能均有较大的提升,但钢纤维形状对抗压力学性能没有明显的影响;②与钢纤维类型相似,钢纤维长度的增加有助于提升UHPFRC的抗拉性能、抗弯性能,但同样对抗压性能影响不明显;③钢纤维用量对UHPFRC的抗压性能、劈裂抗拉性能、抗弯强度学性能以及断裂性能均具有明显的提升作用。研究成果为理解钢纤维参数对UHPFRC力学性能的影响提供了帮助,同时也为UHPFRC的配置提供一定的参考。

超高性能钢纤维增强混凝土腐蚀损伤的CT观察

【目的】为探究混凝土因钢纤维腐蚀引发的损伤行为,采用X射线计算机断层扫描技术对UHPSFRC试样的通电加速腐蚀过程进行无损测试。【方法】通过高分辨率的三维重建,对试样腐蚀损伤过程及分布特征进行可视化表征与定量分析。【结果】结果表明:钢纤维腐蚀造成UHPSFRC混凝土保护层发生由外到内的腐蚀损伤。随着通电时间的增加,钢纤维腐蚀速率加快,初始损伤区域的损伤程度加重。【结论】研究认为,X-CT可以作为研究钢纤维腐蚀及腐蚀诱导混凝土保护层损伤的有力工具,且具有较高的适用度与准确性。

玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型

为研究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋与超高性能混凝土(UHPC)之间的粘结性能,故基于相关文献中153个拉拔试验和42个梁式试验的数据,系统分析了FRP筋直径、相对粘结长度、相对保护层厚度、超高性能混凝土抗压强度、FRP筋表面形态和试验方法对玻璃纤维增强复合材料筋粘结强度的影响规律,通过回归分析和区间预测提出了超高性能混凝土中玻璃纤维增强复合材料筋与粘结强度和锚固长度的计算公式。对比分析了已有FRP筋与普通混凝土之间的粘结-滑移本构模型,基于CMR模型提出了绕肋玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型的计算公式。上述公式计算结果与试验结果均吻合良好,并可为工程设计及后续研究提供依据。

含粗骨料超高性能混凝土的单轴受拉力学性能

考虑粗骨料掺量、钢纤维掺量及长径比等因素,研究了含粗骨料超高性能混凝土(UHPC-CA)的单轴受拉力学性能,揭示了纤维增强的机理和粗骨料的作用机制.结果表明:随着粗骨料掺量的增加,UHPC-CA的单轴抗拉强度与变形性能均下降;钢纤维掺量增加、长径比增大对UHPC-CA的受拉力学性能有较大的提升作用;钢纤维与基体间具有良好的握裹力,在基体内出现裂缝后,主要依靠握裹作用承受拉应力;粗骨料的掺入削弱了钢纤维空间分布的均匀性,同时引入了薄弱的粗骨料-基体界面过渡区,对UHPC-CA的受拉性能产生了不利的影响.

纤维增强高性能混凝土常规三轴抗压破坏准则

为了研究纤维增强高性能混凝土的三轴抗压破坏准则,对3种不同钢纤维掺量的纤维增强高性能混凝土进行了4种围压下的常规三轴试验,获得了纤维增强高性能混凝土的三轴偏应力-应变曲线。结果表明,掺入钢纤维和施加围压均能对纤维增强高性能混凝土起到增强、增韧的作用,随着钢纤维掺量和围压的增加,纤维增强高性能混凝土的轴向偏应力、应变、弹性模量均增大。但是二者的作用会相互影响:围压增大,钢纤维掺量对纤维增强高性能混凝土轴向偏应力提高的幅度降低;钢纤维掺量增大时,围压对纤维增强高性能混凝土的增强作用会降低。利用Mohr-Coulomb破坏准则、William-Warnke破坏准则和Power-Law破坏准则构建了不同钢纤维掺量的高性能混凝土三轴抗压破坏模型,研究表明,基于上述3种破坏准则均能较好地模拟高性能混凝土的三轴破坏过程,通过分析模型拟合系数R^(2)发现,William-Warnke模型模拟精度最高,而Power-Law模型能够很好地模拟出钢纤维掺量对高性能混凝土的三轴抗压强度的影响。

超高性能纤维增强混凝土中钢纤维拔出行为研究

自行研发的纤维定位装置可较为精准地控制钢纤维的空间位置,基于此,研究了钢纤维埋置深度、直径和埋置角度对超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC)中钢纤维拔出行为的影响。结果表明:随着钢纤维埋置深度增加,钢纤维最大拔出力、拔出功、最大拔出应力及钢纤维强度利用率均呈不断提高的趋势,而最大平均黏结强度却呈减小的趋势;随着钢纤维直径增加,钢纤维最大拔出力、拔出功和最大平均黏结强度相应增加,而钢纤维强度利用率和最大拔出应力均减小;随着钢纤维埋置角度增大,钢纤维最大拔出力和拔出功呈先上升后下降的趋势,分别在埋置角度为45°和30°时达到最大,而埋置角度为75°时,试件破坏模式表现为钢纤维拉断失效。

超高性能混凝土板加固足尺钢筋混凝土梁抗剪性能

为进一步研究超高性能混凝土(ultra-high-performance concrete,UHPC)预制板加固钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁的抗剪性能,开展了3根足尺RC梁的试验研究,包含1根对比梁和2根UHPC预制板加固梁,关注UHPC板及其内嵌CFRP板条对RC梁抗剪性能的影响。试验结果表明:试验梁均发生受剪破坏,但加固梁的承载力、刚度和延性均明显提高,其中,因内嵌CFRP板条提高了UHPC板的抗裂性能,极限荷载及对应位移分别提高了30.8%和28.5%;螺杆力学锚固发挥了侧向约束作用和销栓作用,在一定程度上提高了UHPC板的贡献。同时,通过建立非线性有限元模型对试验梁进行了数值分析,模拟结果与试验结果吻合度高,表明模型所选的本构关系及相关参数合理,可用于预测UHPC板加固RC梁的全过程受力行为。

碳纤维增强混凝土的抗渗性能试验分析

为探究碳纤维对于混凝土抗渗性能的改善效果,通过制备17组圆台形的碳纤维增强混凝土抗渗试件,并采用水压法开展抗渗性能测试,基于正交试验分析了相关因素对混凝土抗渗性能的影响规律。结果表明:对于影响碳纤维增强混凝土抗渗性的指标,其影响顺序为碳纤维质量分数>硅粉质量分数>甲基纤维素质量分数>碳纤维长度;碳纤维长度对混凝土抗渗性的影响基本可以忽略;碳纤维、甲基纤维素及硅粉的质量分数分别为0.500%、0.022%、0.180%时,改性C40混凝土试件取得最低2.8 cm的渗透高度,相比常规混凝土的降幅达50.0%。

2023年中国超高性能混凝土(UHPC)技术与应用发展报告(上)

本报告记录和概要介绍了2023年中国在UHPC领域,如超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC)、活性粉末混凝土(RPC)和超高韧性混凝土(STC)等方面取得的研究成果、标准规范编制进展、产业发展、新的工程应用以及开展的技术交流活动。总体上,2023年中国UHPC研究与技术开发活动在增加,UHPC应用场景和领域在扩大,用量在增长。UHPC的应用突破和创新亮点包括:风电塔筒应用实现零的突破;钢-UHPC组合梁、桁架梁等新结构发展与应用.

高性能纤维增强混凝土在桥梁建设中的应用

随着城市桥梁建设的不断发展,对于材料性能和结构安全性的要求也越来越高。在桥梁工程中,传统混凝土存在一些局限性,如抗裂性能和耐久性等方面的不足。为了提升桥梁的性能和延长其使用寿命,高性能纤维增强混凝土成为一种备受关注的新型材料。本文以“高性能纤维增强混凝土在桥梁建设中的应用”为题,探讨了该材料在桥梁工程中的潜力和应用价值。首先介绍了高性能纤维增强混凝土的基本特性和成分配比设计方法。然后详细讨论了该材料在桥梁结构中的应用领域,包括桥面板、支座、墩柱等部位,并分析了其对抗裂性能、耐久性和承载力等方面的改善效果。通过实际案例分析,总结了高性能纤维增强混凝土在桥梁建设中的成功应用经验,并提出了未来研究方向和发展趋势。本研究旨在为桥梁工程中高性能纤维增强混凝土的应用提供理论和实践支持,有助于推动桥梁建设的技术进步和质量提升。

碳纤维聚合物筋约束钢纤维混凝土柱双轴弯曲性能研究

为研究碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固对钢筋混凝土柱力学行为的影响,开展了双轴弯曲载荷下CFRP约束素混凝土柱和钢纤维混凝土细长柱压弯性能试验,探究钢纤维掺量、CFRP层数以及载荷偏心距对柱试件抗弯特性的影响。试验结果表明,与参照组(无CFRP)相比,CFRP的环箍作用显著提高了钢筋混凝土柱强度、延性以及抗变形能力。同时,还提出了一种在轴向载荷和双向弯曲作用下适合CFRP约束钢筋混凝土细长柱的数值计算方法,该方法引入了约束混凝土的双折线本构模型以及钢筋、CFRP的应力应变模型,对CFRP约束钢筋混凝土柱结构性能进行预测,计算结果与实测值均吻合较好。

不同类型纤维增强混凝土的抗侵蚀性能研究

为研究不同类型纤维增强混凝土的抗侵蚀性能,研究了高性能混凝土(HPC)和高性能纤维增强混凝土(HPFRC)的抗侵蚀性能。试验根据ASTM C 1138水下法对混凝土的抗水冲蚀性能进行了评价。利用高压复合板磨损断口的SEM照片和WMP ECLIPSE试验机对其磨损损伤深度进行了分析。结果表明,冲蚀磨损主要取决于水泥浆体-骨料和水泥浆体-纤维的接触区域。聚丙烯纤维的加入可提高HPC混凝土的耐磨性。研究结果对水工建筑物的抗侵蚀研究具有指导意义。

纤维增强混凝土的耐久性能研究现状简述

随着建筑要求的不断提高和混凝土研究的发展,纤维增强混凝土作为一种高性能的新型材料,越来越受到土木行业的欢迎。本文将从抗氯离子侵蚀性、抗渗透、抗冻融和抗碳化性能这四个方面来综述近年来国内外关于纤维对混凝土耐久性影响的研究进程,分析并总结在渗透、氯离子侵蚀性、冻融和碳化环境下,纤维对混凝土耐久性能影响机理。

楔块耦合的碳纤维增强复合材料褶皱缺陷全聚焦成像

褶皱是碳纤维增强复合材料中最主要的缺陷类型之一,当使用超声相控阵对复合材料薄板进行检测时,由于采集系统非线性效应和电子串扰等干扰会引发盲区现象,掩盖了薄板内的褶皱信息。为削弱盲区影响,考虑在相控阵与复合材料薄板(小于10 mm)之间增加楔块,提出楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法。基于费马原理与斯涅耳定律,建立楔块耦合的多层介质超声波传播模型;制备含褶皱缺陷的碳纤维增强复合材料试样,搭建超声相控阵数据采集系统,采集全矩阵数据;将楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法和传统全聚焦方法的成像效果进行对比。结果表明,基于楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法能减小试样表面盲区深度,修正声时偏差,削弱盲区影响,恢复出试样内的褶皱缺陷。相比传统全聚焦方法,纤维褶皱长度、褶皱顶部高度、褶皱角度这3个参数表征的精准程度分别提高了5.9%、4.1%、4.2%。该文为碳纤维增强复合材料薄板褶皱缺陷的检测提供了新思路。

钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土受压细观数值模拟

为深入研究钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土(hybrid fiber reinforced ultra-high performance concrete,HFR-UHPC)受压力学性能及纤维增强机理,本文利用ABAQUS软件建立了HFR-UHPC三维细观数值模型,对其轴心受压过程进行了数值模拟。通过对比轴心受压试验结果,验证了模型的合理性。在此基础上,拓展分析纤维掺量、长径比等参数对超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)受压特性的影响,进一步分析压力作用下纤维增强机理。结果表明:随着钢纤维体积掺量增加,超高性能混凝土损伤发展变缓,单轴受压峰值强度略有提高,峰后延性明显增加;钢纤维长径比对超高性能混凝土受压应力-应变曲线的影响较小,但是更长的纤维更好地发挥了阻裂作用;在超高性能混凝土单轴受压过程中,钢纤维在峰值点前主要发挥骨架作用,在峰值点后主要发挥阻裂作用。

FRP筋混凝土短梁抗剪性能试验研究及承载力计算

为分析梁高、剪跨比、腹筋率等参数对纤维增强聚合物(FRP)筋混凝土短梁抗剪承载力的定量影响,并验证前期基于拉杆拱模型提出的抗剪承载力计算方法的科学合理性,对11根玄武岩FRP筋混凝土短梁开展了剪切破坏试验,试验梁最大梁高为1.2 m.试验结果表明,梁高、剪跨比、水平腹筋率、竖向腹筋率均对FRP筋混凝土短梁的抗剪承载力有显著影响.当梁高由300 mm增大到1200 mm,试验梁的无量纲极限抗剪强度下降46.7%.当水平腹筋率由0增大至1.0%,试验梁的无量纲极限抗剪强度提高40.5%.基于拉杆拱模型提出的抗剪承载力计算式可以合理反映梁高、剪跨比、水平腹筋率等因素的影响规律,计算结果与本试验结果及搜集试验数据均吻合良好.